Top Rigidity of Torus

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     . . .

     

     

     

     M 

         

     M 

       M 

     

     

     Sn

     

     

       f   :   M   →   N 

     

     n   ≥   3    f   

     

     

     

       

     

     W h(Zn)

     

     

     

     

     

     

     

     

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     Zn

     

     2

     

     

     S P L(T

    k × Dn)  

      4  

      5  

     P L

     

      6 

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

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     K 0, K 1  

     

    K 1  

     

     W h(Zn)

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     πi(PL/O)  

       ,

         J 

     

     πi(G/PL)  

     

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     S P L(Tk × Dn), n + k ≥ 5  

     

     

     TOP/PL

     

     

     

     

     

     

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      τ (f ) ∈ W h(π1(N ))    f   : M  → N   

    f   

      W h(π1(M ))

     

     M 

       W h(Zn)

     

     K 

     

     

     K 1  

     

     W h(Zn)

     

     

     R

            

          K 0, K 1  

     (i)

         R

     

    R  

    (ii)  

      R   

     

       R

     

     

    R  

     K 

       K 0, K 1  

     

            P 

     A

     

     

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     P 

       i.e

     

    0 → P 1 → P   → P 2  → 0

     A

       P 1, P 2 ∈    P     P   ∈    P  

     P 

       i.e

       P 

       P 0  

      P 0 → P   

       R

       R

       

     

         R

     

     

         R

     

     Rn, n ≥ 0    R    

     

     

      Rn, n ≥ 0 

     K 

         R

       R

       

     

     

       P 

       P 0  

     Λ0(P )    [P ], P   ∈    P 0  

     K 0(P )    Λ0(P )  

     

    [P ] = [P 1] + [P 2]    P   

    0 → P 1 → P   → P 2 → 0.

     P 

       P 0  

    [P ]  

      P  ∈    P  

       P 

       P 0  

     Λ1(P )    (P, α), P   ∈  

    P 0, α   ∈    P     K 1(P )    Λ1(P )  

     

      [P,αβ ] = [P, α] + [P, β ] 

      P   

    0       P 1ι       

    α1

       

    P   π       

    α

       

    P 2      

    α2

       

    0

    0       P 1ι        P 

      π        P 2       0

     

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     α ∈

       P 

       α1 ∈    P 1    α2 ∈    P 2  

    [P, α] = [P 1, α1] + [P 2, α2].

      P     P 0  

     [P, α]

       P   ∈

       P 

       α ∈

       P 

     

     K 1  

     K 1  

     

       n ×  n

         

    I n +  rE i,j    r  ∈ R    E i,j  = (δ ik,jl)1≤k≤n,1≤l≤n  (1  ≤  i  ≤  n, 1 ≤  j  ≤ n).  

     

    GLn(R)  

      E n(R)  

     GLn(R) → GLn+1(R)  

    M   →

      M    0

    0 1

    ,

    E n(R)    E n+1(R)    GL(R)    E (R)  

    GLn(R)    E n(R)  

        E (R) = [GL(R), GL(R)]

     

     

    (i)  

      K 1(R) = GL(R)/E (R) = GL(R)ab 

    (ii)    π

       W h(π)

       K 1(Zπ)    GL1(Zπ)

     GL(Zπ)        π  

     K 1(R)    K 1(R) K 1(Proj  R)  

     

       K i(R) = K i(    R)    i = 0, 1 

     

      K   

     

       P 

       M

     

     F   : P → M

       F ∗ : K i(P ) → K i(M), i = 0, 1.

     

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     K 

     

     

    R   

     

         R

     

     1.2

       i∗ : K 1(    R) → K 1(R  

     

     

    )  

      R  

      R 

     

     

     

           

    R  

      M       

       i.e

     

    0 → P n → . . . → P 1 → M 

     P i    R  

     

          R

     

    R[t] 

     

        R    R[t, t−1] 

     R[t, t−1]

       R

       M 

     R[t, t−1]

       M 

     

     M 1    R[t]  

     

    0 → P n → . . . → P 1  → M 1

     R[t]

       R[t, t−1]

       R[t]

       R[t, t−1] =

    lim t−nR[t]  

      t−nR[t]  

      R[t]  

    0 → R[t, t−1] ⊗R[t] P n → . . . → R[t, t−1] ⊗R[t] P 1 → R[t, t

    −1] ⊗R[t] M 1   M 

     R[t, t−1]

       M 

     

     Z[Zn]

       n ≥ 0

     

       Z

       Z[Zn+1] Z[Zn][t, t−1]  

     

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       K 1  

     R

       K 1(R)  

    K 1(    R),    K 1(R        ).  

     

     

     W h(Zn)

     

     

    [ ]f g    [ ] proj    K ∗(R        )  

    K ∗(    R) 

     K 1(R        ) → K 1(    R) 

     R

       R

     

     

     

    R  

       R

       M 

       R

     

     α

       M 

     

    0 → P r  → . . . → P 1  → M 

     αi ∈    P i, 1 ≤ i ≤ r,  

    0       P r      

    αr

       

    . . .       P 1      

    α1

       

    α

       

           0

    0       P r       . . .       P 1       M        0

       P   →   M   →   0    P     P   

     M 

       P 

     

     M 

       P 

     

     α ⊕ α−1 ∈

       M ⊕ M 

     

     

    α ⊕ α =  α   00   α−1 =   1   α

    0 1   1 0

    −α−1 1  1   α

    0 1   0   −1

    1 0 .

     α

       α−1

     β 

       β 

     P 

       1   β 

    0 1

      1 0

    −β  1

      1   β 

    0 1

      0   −1

    1 0

     

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     α ⊕ α−1

     α1    P  ⊕ P   

     

    P  ⊕ P    π⊕0      

    α1

       

    α

       

           0

    P  ⊕ P   π⊕0       M        0.

     

    ker(π ⊕ 0)  

      α1    α1  

     ker(π ⊕ 0)

     

     R

       ker(π ⊕ 0)    α1  ∈    ker(π ⊕ 0)  

     

    . . .   dr+1       P r

    dr

          αr

       

    . . .      P 1      

    α1

       

    M α

       

           0

    . . .   dr+1       P rdr        . . .       P 1       M        0

     αi   ∈    P i,    i  ≥  0    R  

     r

     

     r

     

     

    . . .   dr+1       P rdr        . . .       P 1       M        0,

     ker dr    αr+1    ker dr  

     

    0       ker dr

    αr+1

       

    dr+1        P rdr       

    αr

       

    . . .       P 1      

    α1

       

    α

       

           0

    0       ker drdr+1        P r

    dr        . . .       P 1       M        0

       

    Φ :  K 1(R   

     

      )  →  K 1(  

      R)  

     [M, α]  ∈  K 1(R        )  

     

    0       P r      

    αr

       

    . . .       P 1      

    α1

       

    α

       

           0

    0       P r       . . .       P 1       M        0.

     

  • 8/19/2019 Top Rigidity of Torus

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    Φ ([M, α]f g) =

    i≥1(−1)i[P i, αi] proj  ∈ K 1(    R).

     Φ

     

     

     

       R

       M, M 

     α   :

    M  → M   

    0 → P r  → . . . → P 0 → M  → 0,

     

    0       . . .       P r+1

    αr+1

       

           P r      

    αr

       

    . . .       P 1     

    α1

       

    α

       

           0

    0       . . .       0       P r       . . .       P 1       M        0.

     

       

    α

       P 0

    d0        M        0

     

    P 0      

    α0

       

    α

       P 0

    d0        M        0.

     B   = ker P 0 ⊕ M 

      −d0⊕α−−−−→    d0    B   →   M 

     

      P 0 → B    P 0  

     B → P 0    B → M 

     

    P 0d0       

    α0

       

    α

       

           0

    P 0d0        M        0.

     

  • 8/19/2019 Top Rigidity of Torus

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    i

    di       

    αi

       

    . . .       P 

    0

         

    α0

       

    α

       P i+1       P i

    di        . . .       M        0,

     

    ker di

    α

       P i+1       ker di       0

     P i = 0    i ≥ r + 1  

     ker dr+1  

     Φ([M, α]f g)  

     

       α

     

    0       P r      

    αr

       

    . . .       P 1      

    α1

       

    α

       

           0

    0       P r       . . .       P 1       M        0

    0       P r       

    αr   

    . . .       P 1      

    α1   

    α

       

           0

    0       P r        . . .       P 1

          M        0.

     

    ∆   

    0       P r ⊕ P 

    r

    dr⊕dr        . . .       P 1 ⊕ P 1

    d1⊕d1       M  ⊕ M        0,

     ∆

     

    . . . → P 1   → M 

     

  • 8/19/2019 Top Rigidity of Torus

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     f •  : P 

    •   → P •     f 

    •  : P 

    •   → P 

    •    M     P •

     

    . . . → P 2d2−→ P 1 → 0

     P •    P 

    •  

    M s  

     M 

     

     

    P 1      

    f 1

       

    Id

       

           0   P 1      

    f 1   

    Id

       

           0

    P 1       M        0   P 1

          M        0,

    f 1

       f 

    1  

      f   

    f   

      Proj  R

    0 → Qn  → . . . → Q1  → Q0  → 0,

     χ(Q•) = 

    i(−1)i [Qi] proj  

    χ(C f ) = χ(P •) − χ(P • )    χ(C f ) = χ(P 

    •) − χ(P 

    • )  

       K 1        K 1(  

    R)  ι∗−→ K 1(R        )  

       R

       P 

       0  →  P   →  P   →  0  

     

    Φ ◦ ι∗ ([P ] proj ) = Φ ([P ]f g) = [P ] proj  

     R

      mod  

    0 → M n → . . . → M 1 → M 0 → 0,

     χ(M •) = 

    i(−1)i [M i]f g  

     R

     

    0 → P n → . . . → P 1 → M  → 0,

     

    ι∗ ◦ Φ ([M ]f g) = ι∗

    i≥1

    (−1)i+1[P i] proj

    =i≥1

    (−1)i+1[P i]f g  = [M ]f g.

     

     

  • 8/19/2019 Top Rigidity of Torus

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     R

     

      R   =   Z[Zn]    Z   →   R  

    K 0(Z)  ≈−→ K 0(R)  

     K 0(R)

      ≈−→ K 0(R[t, t

    −1])  

     R

       R

     

    R[t]  

       R[t]

       M 

       ϕi(M )  ⊂  M i    M i  =

     j≥1 Rt

     j M i− j    ϕi(M ) =   M i/Di(M )    ϕ(M )  

    R    i ϕi(M )  

       M 

       ϕ(M ) = 0

     

    M  = 0 

       M 

       n

     

     M n   = 0    ϕn(M ) = 0    ϕn(M ) =

    M n  

     ϕ

     

     

     

       Q   R[t] ⊗R Q  

     R

     

     R[t]

     

     ϕ

     

       

     ϕ(R[t] ⊗R  Q)    Q    R  

     R[t] ⊗R ϕ(P ) P     R[t]  

     

    f   :   P   →   ϕ(P )  

     ϕ(P )

       R

     

     ϕ(P )

       g   :   ϕ(P )   →   P  

     R[t]

       h   :  R[t] ⊗R ϕ(P )  →  P   

    ϕ(h) : ϕ(R[t] ⊗R ϕ(P ))  ≈−→ ϕ(P )    ϕ  

     

    ϕ(  

      h) = 0  

      h  

     h

       h

       P 

       h

     

     

  • 8/19/2019 Top Rigidity of Torus

    16/83

     ϕ

       ϕ(ker h)     ker(ϕ(R[t] ⊗R ϕ(P ))  →  ϕ(P )) = 0  

     ker h = 0

       h

     

        Q   R[t, s] ⊗R Q  

     R

     

     R[t, s]

     

     

    K 0(R) → K 0(R[t])  

     Q   R ⊗R[t] Q    K 0(R[t]) →  K 0(R)  

     

     R ⊗R[t] −    R[t]  

       

     R ⊗R[t]  M     M/(t −  1)M  

     R[t]

       M 

     

     M 

     (1 −  t)M  ∩ M  = (1 −  t)M   

     x   =   x0  + x1  + . . .   ∈   M     (1 −  t)x   =

    x0 + (x1 − tx0) + . . . + (xn − txn−1) + . . . ∈ M 

     xn    M 

     

          K 0(R)  →  K 0(R[t])  

     

       K 

    0(R[t])

     →  K 

    0(R)

     

     

     P 

       R[t]

     

    R[t] ⊗R[t,s] N     R[t, s]    P   =

    R[t]n/Q  

      n   ≥   0  

      Q   ⊂   R[t]n  

    M   

     R

     

     

    Q  

      Q

    f i = (f  j,1(t), . . . , f   j,n(t)) ,   1 ≤ i ≤ m,

     

    gi  = (g j,1(t, s), . . . , g j,n(t, s)) ,   1 ≤ i ≤ m,

     atk

     atksd−k

     d

     

    f i,j    gi,j    d  

     Q

     R[t, s]

       gi,j    N  = R[t, s]/Q

     

     R[t] ⊗[t,s] N   P  

     

  • 8/19/2019 Top Rigidity of Torus

    17/83

     R

       R[t, s]

     

     

    0 → P m → . . . → P 1 → N  → 0.

     

    0 → R[t] ⊗R[t,s] P m → . . . → R[t] ⊗R[t,s] P 1 → R[t] ⊗R[t,s] N   P   → 0

     P i  

     R[t, s] ⊗R Q    Q    R    R[t] ⊗R[t,s]

    (R[t, s] ⊗R Q)    R[t] ⊗R Q    R[t] ⊗R[t,s] P i  

     R[t] ⊗ Q

     

     

       

    0 → P m → . . . P  0 → 0

     R

     i

    (−1)i [P i ] proj  = 0 ∈ K 0(R).

        K 0(R) → K 0(R[t, t−1])  

     R

     

       

    R[t, t−1]  →  R  

      t  

      1  

     K 0(R)   →   K 0(R[t, t

    −1])

     K 0(R[t])    R   →   R[t]   →

    R[t, t−1]  

      K 0(R[t]) →  K 0(R[t, t−1])

         

    P   

      R[t, t−1]  

      P   =  R[t, t−1]n/Q  

     Q  ⊂  R[t, t−1]n   P     R  

     Q

     

      d    tdQ ⊂ R[t]n  

    P   tdR[t, t−1]n/

    tdQ

    R[t, t−1] ⊗R[t] M 

     R[t]

       M 

     

     

    0 → P m → . . . → P 1 → M  → 0

     

  • 8/19/2019 Top Rigidity of Torus

    18/83

     R[t]

       R[t, t−1]

       R[t]

     

     

    0 → R[t, t−1] ⊗R[t] P m → . . . → R[t, t−1] ⊗R[t] P 1 → R[t, t−1] ⊗R[t] M   P  → 0.

     R[t, t−1]

     

       K 0(Z) → K 0(Z[Z

    n])  

    n ≥ 0 

       W h(Zn) 

     

     

     

     

     [ ]W h  

          W h(Zn)

     

     n ≥ 0

     

     n

       W h(e)

     

     n ≥ 0 

      [P, α]W h   ∈   W h(Zn+1)  

     R[t, t−1]

       Q

       P   ⊕ Q     R[t, t−1]N    N   ≥   0  

     W h

     

    [P, α]W h  = [P  ⊕ Q, α ⊕ IdQ]W h  = [R[t, t−1]N , β ]W h

     β 

       R[t, t−1]

       R[t, t−1]N 

     

     [R[t, t−1]N , β ] = 0   ∈   W h(Zn+1)

       β   ∈

       R[t, t−1]N 

     N   ≥   0

     

     R[t, t−1]N 

     GLN (R[t, t

    −1]) 

     GLN (R[t, t

    −1])  

       B ∈ GL(R[t, t−1])    GL(R)

     E (R[t, t−1])

       tm 0

    0 1

    (1 + A(t − 1)),

     m ∈ Z

       A ∈ M (R)

       A(1 − A)

     

     

  • 8/19/2019 Top Rigidity of Torus

    19/83

       m ≥ 0

       tmB

       R[t]

     

    tmB = B0 + tB1 + . . . + tdBd,

     Bi    R    d ≥ 0  

    GL(R)  

      E (R[t])  

      d ≤  1    d > 1  

     M   ≈   N 

       M, N   ∈   M (R[t, t−1])

     

     GL(R)

       E (R[t])

     

    tmB ≈

      tmB   0

    0 1

      tmB td−1Bd

    0 1

    ≈   tmB − tdBd   td−1Bd

    −t   1 ,

     ≤ d−1

     

     tmB  ≈ B0 + tB1  = (B0 + B1) + (t − 1)B1  

    tmB  

      R[t, t−1]   B0+N 1  

     B0 + B1  ∈ GL(R)    1 + A(t − 1) = (1 − A) + tA 

     C −r, . . . , C  s ∈ M (R)    s, r > 0  

    1 = ((1 − A) + tA)(t−rC −r + . . . + tsC s) = (C 0 + tC 1 + . . . + t

    sC s)((1 − A) + tA).

     

    (1 − A)C i + AC i−1 = 0  

      i = 0  

      AC s = 0  

     AiC s−i+1   = 0    1   ≤   i   ≤   s + 1    A

    s+1C 0   =

    0.  

      (1  −  A)C −r   = 0    (1  −

    A)iC −r+i−1  = 0    1  ≤  i  ≤  r    (1 − A)rC −1  = 0.  

     (1 − A)C 0 + AC −1 = 1    A

    s(1 − A)r−1  

    As(1 − A)r−1 = (1 − A)r−1As+1C 0 + As(1 − A)rC −1  = 0,

     

     

    [R[t, t−1]N , B]W h = [R[t, t−1]k, (1−A)+tA]W h +[R[t, t−1]k, S ]W h

    +[R[t, t−1]k, U ]W h ∈ W h(Zn+1),

     A(1 − A)

       S  ∈ GLm(R)    U  ∈ E (R[t])  

     [R[t, t−1]m, S ]W h   = 0    W h(Z

    n) = 0  

    S  ∈ GLk(Z[Zn])

     

     E (R[t])

     

     

  • 8/19/2019 Top Rigidity of Torus

    20/83

       P 

       R[t, t−1]

       α

     

     P 

       [P, α] proj  = 0 ∈ K 1(R[t, t

    −1]) 

       

    R[t, t−1

     

     

     αs = 0

       M i =     (α−1)

    s−i  

    M i    α  

    α  

      M i+1/M i  

     R[t, t−1]

       

     

    0       M i

    α|

       

           M i+1

    α|

       

           M i+1/M i

    Id   

           0

    0       M i       M i+1       M i+1/M i       0.

     K 1     [M i+1, α|]f g  = −[M i, α|]f g  

     

     [R[t, t−1]k, 1+(t−1)A]W h = 0 

     A  ∈  M (R)    A(1 − A)    As(1 − A)s = 0  

    R[t, t−1]k = M 0 ⊕ M 1    M 0 = ker As, M 1 = K er(1 − A)

    s  

    A  

     A0    A1    M 0    M 1  

    R[t, t−1]k, 1 + (t − 1)A

    W h = [M 0, IdM 0 + (t − 1)A0]W h

    + [M 1,tIdM 1 + (IdM 1 − tA1)]W h

    = [M 0, IdM 0 + (t − 1)A0]W h + [M 1, ]W h+

    IdM 1 + t−1A−11   (IdM 1 − tA1)

    W h

    = [M 1,tIdM 1]W h + [M 0, IdM 0 + (t − 1)A0]W h

    + [M 1, A1]W h +

    IdM 1 + t−1A−11   (IdM 1 − tA1)

    W h

     

     M 1    [M 1,tIdM 1]W h  

     M 1  

     

     

    [M 1,tIdM 1 ]W h = 0 

       s ∈ Z

       [M 1] proj  = [R[t, t

    −1]s] proj  

     K 0(    R[t, t

    −1])  

      M 1  

       Q

     

    Q =  R[t, t−1]s +

    i

    (P (i) − P (i)1   − P 

    (i)2   ) ∈ Λ0(    R[t, t

    −1]),

     

  • 8/19/2019 Top Rigidity of Torus

    21/83

     P (i), P 

    (i)1   , P 

    (i)2  

    0 → P (i)1   → P 

    (i) → P (i)2   → 0.

     

    0       P (i)1

          

    tId   

    P (i)      

    tId

       

    P (i)2

    tId   

           0

    0       P (i)1

           P (i)       P (i)2

           0.

     

    (Q,tId) = R[t, t−1]s,tId+i(P (i),tId) − (P (i)1   ,tId) − (P (i)2   ,tId) ∈ Λ1(    R[t, t−1]),

     [M 1,tId]W h  = [R[t, t

    −1]s,tId]W h = 0.

     

  • 8/19/2019 Top Rigidity of Torus

    22/83

         

         

       

     

     

     f   : M  → M    N   

     M 

     f 

       N 

     

    g   :  N   →  N    N   =  f −1(N )    f 

     

    g  

      g  

     N 

     

     

    M   

     

     

     2.2

     

     

     

     

     

     f   :  M   →   Tn

     

    n ≥ 6    N    Tn  

    f   

     f 

       N 

     

     f | : N  → N 

     

    N  = f −1(N ) 

     

     

  • 8/19/2019 Top Rigidity of Torus

    23/83

     

     

     

       R

       Z[Zn]

     

     

     M 

       n ≥ 6    f   : M  → Tn  

     N 

     M  =   Tn

     f 

     N 

     g   :   N   →

    N   

    N   =   f −1(N )  

      N   

      g  

     

       f 

       N 

       g   :   N   →   N 

     π1  

       N 

     

     N 

       g : N  → N   

     g∗  :  π1(N ) → π1(N 

     Z   →   N    g∗π1(N )  

     g

     

      g̃   :  N   →  Z   

      g∗   :  H n−1(N )  →  H n−1(N )

     

    H n−1(N )  g̃∗−→  H n−1(Z )  →  H n−1(N 

    )  

      g  

      Z   

     H n−1(Z ) = 0)    g∗π1(N )    π1(N 

    )  

      d  

    H n−1(Z ) →  H n−1(N )

       d

       d = 1

       g∗π1(N ) = π1(N 

     γ 

     

      ker g∗    f   : M  → M 

     

     

    π1(N )

    g∗

       

           π1(M )

    f ∗≈   

    π1(N 

    )     

     π1(M )

     γ 

       M 

       n  ≥  6

     

     γ 

       (D2, S1) → (M, N ) 

     

  • 8/19/2019 Top Rigidity of Torus

    24/83

     D2

     

     D2 × Dn−2   f   

     f 

       N 

       N 1  

     γ 

       N 1   =   N  − (S1  × D

    n−2) ∪ D2 × Sn−3  

    f   

      g1   :  N 1   →   N 

     ker g1     ker g∗/ <   [γ ]   >  

     D2 × Dn−2

     

     N 

     

    g1  

     N 

       N   →   N 

     

     π1  

     πi, i ≥ 2  

     

       

     H i, i ≥ 1  

       h  :  X   →  Y   

      m  

    H i(X ) f ∗      

    D   

    H i(Y )

    D   

    H m−i(X )   H m−i(Y )f ∗  

     

  • 8/19/2019 Top Rigidity of Torus

    25/83

     D

       f   =  D

    −1 ◦ f ∗ ◦ D 

     y ∈ H i(Y ) 

    f ∗ ◦ f (y) = f ∗(f ∗(Dy) ∩ [X ]) = Dy ∩ f ∗[X ] = Dy ∩ [Y ] = y.

     f ∗ ◦ f   =  id    f ∗  

     f 

       π1  

     f 

       g

     

     

     N 1    N   

     N   →   N 1  

     

        p : Y M   → M 

     

      Zn−1 = π1(N ) → π1(M 

    ) = Zn    p :  Y M   → M   

    Y M 

     p

       

    f         Y M 

     p

       M 

    f        M .

     

      p   N   

     N 

     N 

     Y M     AN     BN   

     Z

       t

     

    tAN    ⊂  AN     π1(N )  →  π1(N )

       N 

     

     N 

     

     f (N )  ⊂ N    N     Y N     AN     BN   

     t

       p

     

     π1(N )  →  π1(N 

    )  

      f (AN )  ⊂  AN      f (BN )  ⊂  BN   

    tAN  ⊂ AN  

     

  • 8/19/2019 Top Rigidity of Torus

    26/83

       h :  X  → Y     K i(h) = ker H i(X ) →  H i(Y ) 

    K i(h) = ker H i(Y )   →   H i(X )  

      i   ≥   0  

     K i(X )    K 

    i(X ) 

     

       i ≥ 1

     

    K i(N ) K i−1(AN , N ) ⊕ K i−1(BN , N )

     R

     

       

    → K i+1(Y M ) → K i(N ) → K i(AN ) ⊕ K i(BN ) → K i(Y M ) →

     

    → K i(Y M ) → K i(Y M , AN ) → K i−1(AN ) → K i−1(Y M ) →

    → K i(Y M ) → K i(Y M , BN ) → K i−1(BN ) → K i(Y M ) →

     K i(Y M , AN ) K i(BN , N )     K i(Y M , BN ) K i(AN , N )  

    f   

      K i(Y M ) = 0    i   ≥   0  

     

     

  • 8/19/2019 Top Rigidity of Torus

    27/83

     

     (Dk, Sk−1)  →  (N, AN  − tAN )

     AN  − tAN   

     Dk

     

     Dk ×  Dn−k   f     f   

     N 

     

     N 

     

     N 1  

    N 1 = N −(Sk−1×Dn−k)∪Dk ×Sn−k−1

     

    N 1    M     N   

     

    W   

      N   

      N 1  

     f 

       g1  :  N 1 → N 

     

     K i(AN , N )  

    K i(BN , N )  

     

     

     

       g

       k

       K k(N ), K k+1(AN , N )    K k+1(BN , N )

     R

     

       

    K k(N )    H k(N ) → H k(N )

     K i(N )    H i+1(C g)    i  ≥  0    C g  

     

  • 8/19/2019 Top Rigidity of Torus

    28/83

     g

       g

       k

       πi(C g) = 0 =  H i(C g)    i  ≤  k  

     H k+1(C g)    R  

      t  

     i : (Y M , BN ) → (Y M , tBN )  

     R

       (t−1)∗   :   H i(AN , N )   →   H i(AN , N )  

     

    H i(Y M , BN )

    ≈  

       

    i∗       H i(Y M , tBN , )(t−1)∗       H i(Y M , BN )

    ≈  

       H i(AN , N )

      (t−1)∗        H i(AN , N ),

     

    t∗   :  H i(BN , N )  →  H i(BN , N ) 

     K i(AN , N )    (K i(BN , N )  

     

       g

       k

       (t−1)∗    t∗    K k+1(AN , N )

     K k+1(BN , N )  

       (t−1)∗    t∗  

     

    x  

      (t−1)∗    c  

    x  

      c  

      l  

      c  

      AN  − tlAN     x    H i(Y M , BN )  →  H i(Y M , tlBN )  

    (t−1)l∗x = 0  

     

     

       g

       k

       l ≥  1  

    (t−1)∗    K k+1(AN , N )  

    πk+1(AN  − tAN , N )  H −→ H k+1(AN  − tAN , N )

      j∗−→ H k+1(AN , N ),

     

    H   

      j∗  

    (t−1)l−1∗  

     

       f 

     

     

    N   ⊂   M   

      g   =   f |N    :   N   →   N 

     

    k  

    k < n/2 

     

  • 8/19/2019 Top Rigidity of Torus

    29/83

       

     N  ⊂ M 

       g

       π1  

     k

     

     k   = 0, 1

       g

       k

       k < n/2

       k  + 1   > n/2

     

     K k+1(AN , N )  

    R  

      R  

      (t−1)∗  

     l

       (t−1)∗K k+1(AN , N )    x1, . . . , xs  

     πk+1(AN  − tAN , N )  

     x1, . . . , xs    k  + 1   < n/2  

     (Dk+1, Sk)  →  (AN  − tAN , N )  

     

     f 

       f 

     

    N 1  ⊂ N     AN 1     BN 1    N 1  

     

    K k+1(AN , N )

     

    ≈   

           K k+1(AN 1, N 1)

     

    ≈   

    K k+1(Y M , BN )       K k+1(Y M , BN 1)       K k(BN 1, BN ).

     K k(BN 1 , BN )    K k(W, N )    W   

    N   

      N 1    W     N     k  + 1

      K k(W, N ) = 0    K k+1(AN , N )   →   K k+1(AN 1, N 1)  

     K k+1(Y M , BN )  →  K k+1(Y M , BN 1)  

     

    (t−1)l−1∗   (K k+1(AN , N ))  

     

    K k+1(AN , N )

    (t−1)∗   

           K k+1(AN 1 , N 1)

    (t−1)∗   

           0

    K k+1(AN , N )       K k+1(AN 1 , N 1)      0,

     (t−1)∗K k+1(AN 1 , N 1) = 0  

     

    K k+1(AN , N )  

    K k+1(BN , N )    W     N 1  

     n −  k  − 1    n −  k  − 1   > n/2    k  + 1   < n/2  

     K k+1(Y M , AN 1)  →  K k+1(Y M , AN )    K k+1(BN , N )  

    K k+1(BN 1, N 1)    K k+1(BN , N )  

     

     

  • 8/19/2019 Top Rigidity of Torus

    30/83

     

     (i)

       n  = 2k

     

      f     N   

     g   :   N   →   N    K i(AN , N ) = 0, K i(BN , N ) = 0      i < k  

    K k(AN , N ) = 0    K k(BN , N )  

    (ii)  

      n  = 2k + 1  

     f 

       N 

     

     g : N  → N 

     K i(AN , N ) = 0, K i(BN , N ) = 0      i ≤ k     K k+1(AN , N )

     K k+1(BN , N )  

     (i)

       K i(AN , N ) = 0, K i(BN , N ) = 0    i <

    k  

     x1, . . . , xs  

     π1(N )   →   π1(AN  − tAN )  

     

     4

     

    K k(AN , N )  

    K i(AN , N, R) ⊕ K i(BN , N, R) = K 

    i−1(N, R)

     

    R  

      R  

      K i−1

    (N, R) = 0  

      i > k  

    K i(BN , N, R) = 0    i > k    K k(BN , N )  

    R  

    (ii)  

      K i(AN , N ) = 0, K i(BN , N ) = 0    i ≤  k  

     

    K i−1(N, R) = 0  

      i > k + 1  

      K i(AN , N, R) ⊕

    K i(BN , N, R) = 0    i > k + 1    K i(AN , N, R) = 0    K 

    i(BN , N, R) = 0

     i > k + 1

       K k+1(AN , N, R)    K k+1(BN , N, R)  

     R

     

       M  → M 

        

     K 0(R)    Z  

     R

     

       

     

      R    

      R  

     (P, ν )

       P 

       R

     

     

    ν   

      P   

       

      R =  K 0(    R).

     

  • 8/19/2019 Top Rigidity of Torus

    31/83

     K 0(R) Z  

     R

     

    (K k+1(BN , N ), t∗)    (K k(BN , N ), t∗)       R    n = 2k +1  

    n = 2k  

       (P, ν )

     

      Nil R      

     0 =   E 0   ⊂   E 1   ⊂   . . .  ⊂   Rr   =  P     E i+1/E i  

    ν (E i+1) ⊂ E i    i 

     

       P 

       R

       P ⊗R R[x]/(x

    r)  

      ν (

    i pi ⊗ xi) =

    i pi ⊗ xi+1

     

     

       

    Nil R 

       

     

    (P, ν )  

    1  

      Nil R  

     m − 1, m  ≥  2  

     (P, ν )

       0 =   E 0   ⊂   E 1   ⊂   . . .   ⊂   E m   =   P   

       R

    0 → (E m−1, ν E m−1) → (P, ν ) → (P/E m−1, 0) → 0.

     [P, ν ] = [E m−1, ν E m−1] + [P/E m−1, 0] = [E m−1, ν E m−1]    P/E m−1  

     (E m−1, ν E m−1)    m − 1  

    [E m−1, ν E m−1] = 0  

       (P, ν )

         R

       0 =  E 0  ⊂ E 1  ⊂

    . . .   ⊂   E m   =   P     ν (E i+1)   ⊂   E i  

       

    R

    0 → (P , ν )  u−→ (P , ν )

      v−→ (P, ν ) → 0

     (P , ν )

       0 =   F 0   ⊂  F 1   ⊂

    . . . ⊂ F m = P 

     v(F i) = E i  

     

  • 8/19/2019 Top Rigidity of Torus

    32/83

       m

       P 

       m = 1

     

     F 

       v   :   F   →  P 

     

    0   →   (ker v, 0)   →   (F, 0)  v−→   (P, 0)   →   0  

     m −  1, m   ≥   2

       (E m−1, ν E m−1)  

     vm−1   : (F m−1, f m−1)   →   (E m−1, ν E m−1)

     E m/E m−1  

     q  :  Q → E m/E m−1    Q    R  

    q   

      q̄  : Q  →  E m = P     F   = F m−1 ⊕ Q    v =  vm−1 ⊕ q  :  F   → P  

     f m−1    F     Q  

     f̄ 

     

    Q

    v

       

    f̄         F m−1

    vm−1

       K    ν 

           E m−1.

     f   = f m−1 ⊕  f̄   : F   → F     L  = ker v     l  = f |L    0 →  (L, l)  → (F, v)

      v−→

    (P, ν ) → 0  

     

     

      R  

       [P, ν ]   ∈ Nil R    ν m = 0    K i   =     ν m−i  

     0 =   K 0   ⊂   K 1   ⊂   . . .   ⊂   K m   =   P     K i  

     

    0   →   (P 1, ν 1)

      u

    −→   (P 

    , ν 

    )

      v

    −→   (P, ν )  →  0  

     R

       (P , ν )

       0 =  E 0   ⊂   E 1   ⊂   . . .   ⊂  E m   =   P 

     v(E i)   ⊂   K i    (P 

    , ν )  

      [P, ν ] =   −[P 1, ν 1]  

    Li   =   u−1(E i)    0 =   L0   ⊂   E 1   ⊂   . . .   ⊂   Lm   =   P 1  

     0 →  Li+1/Li  → E i+1/E i  → K i+1/K i  → 0.    R  

    Li+1/Li    Li  

     M 

       R

       d(M )

     

     M 

       E i+1/E i    0   →

    Li+1/Li  → E i+1/E i  → K i+1/K i  → 0    d(Li+1/Li) =    (1, d(K i+1/K i) − 1) 

     d   =   max0≤i≤m−1d(K i+1/K i)    d  

      (P d, ν d)  ∈    R    [P d, ν d] = (−1)d[P, ν ]  

    0 = F 0  ⊂ F 1  ⊂ . . . ⊂  F m  = P d    S i+1/S i  

    R  

    [P, ν ] = (−1)d[P d, ν d] =

    i

    [S i+1/S i, 0] = 0,

     S i+1/S i  

     

  • 8/19/2019 Top Rigidity of Torus

    33/83

     

    (K k(BN , N ), t∗)    (K k+1(BN , N ), t∗)  

    Nil R =  K 0(    R)  

     0

     

    K 0(R)    NilR =  K 0(    R)  

       (P, ν ) ∈

       R

       0 ∈ Nil R

     

     (T 1, t1), (T 2, t2)  

    (P, ν ) ⊕ (T 1, t1) (T 2, t2).

     

     

     

     

     

     f 

     

     

     

     

     (i)

       n = 2k ≥  6

       (N, g)

     

       R

    0 → (P, ν ) → (P 1, ν 1) → (F, f ) → 0

     (P, v) (K k(BN , N ), t∗)    (F, f )  

     (N 1, g1)    (K k(BN 1 , N 1), t∗) (P 1, ν 1)  

    (ii)  

      n = 2k + 1 ≥ 7  

      (N, g)  

       R

    0 → (P, ν ) → (P 1, ν 1)  v−→ (F, f ) → 0

     (P, v)     (K k+1(BN , N ), t∗)    (F, f )  

     

    (N 1, g1)    (K k+1(BN 1, N 1), t∗) (P 1, ν 1)  

     

  • 8/19/2019 Top Rigidity of Torus

    34/83

       

     n   = 2k

       (F, f )

     

     (F, f )    (R, 0)    a  ∈  P 1  

     R

       x  =  ν 1(a)  ∈  ker v  

     (P, ν )   (K k(BN , N ), t∗)    u =  ∂x  

     

    . . . → K k(t−1BN , t

    −1N ) K k(BN , BN  − t−1BN )  ∂ −→

    ∂ −→ K k−1(BN  − t−1BN , N ) → K k−1(BN , N ) 0 → . . .

     

     u   : (Dk−1, Sk−2)  →  (BN  − t

    −1BN , N )  

     u

     

      u    (N 1, g1)    W   

    N   

      N 1  

     (BN , W, N ) 

    0 K k(W, N ) → K k(BN , N ) → K k(BN , W ) K k(BN 1, N 1) →

    → K k−1(W, N ) → K k−1(BN , N ) 0,

     K k(BN 1, N 1)    K k(BN , N ) ⊕ R  

    u  

      t−1∗   x    t∗(t−1∗   x) = x  

     

    t∗  

     

    0 → (K k(BN , N ), t∗) → (K k(BN 1 , N 1), t∗) → (K k−1(W, N ), t∗) → 0,

    0 → (P, ν ) → (P 1, ν 1) → (R, 0) → 0

     

     K k(AN , N )    (AN 1 , W, N 1)  

       n = 2k  ≥  6    (N, g)  

       

    R

    0 → (F, f ) → (P, ν ) → (P 1, ν 1) → 0

     

    (P, v) (K k(BN , N ), t∗)    (F, f )  

     (N 1, g1)    (K k(BN 1 , N 1), t∗) (P 1, ν 1)  

     

  • 8/19/2019 Top Rigidity of Torus

    35/83

       

    (F, f )    (R, 0)  

      a  

    K k(BN , N ) P     F     l    tl∗K k(BN , N ) =

    0  

      t∗a = 0    a ∈ ker t∗ ⊂     tl−1

    ∗  

     a

     

     (N 1, g1)

     W 

       N 

       N 1  

    (BN , W, N )

    0 → K k(W, N ) → K k(BN , N ) → K k(BN , W ) K k(BN 1, N 1) → 0,

     t∗  

     

    0 → (R, 0) → (P, ν ) → (P 1, ν 1) → 0.

     (AN 1, W, N 1)  

     K k(AN , N )  

       n = 2k + 1 ≥ 7

       (N, g)

     

       R

    0 → (F, f ) → (P, ν ) → (P 1, ν 1) → 0

     (P, v)     (K k+1(BN , N ), t∗)    (F, f )  

     (N 1, g1)    (K k+1(BN 1, N 1), t∗) (P 1, ν 1)  

      4  

     

       

    (K k(BN , N ), t∗)    (K k+1(BN , N ), t∗)  

     (N 1, g1)    K k(BN , N ) = 0

     K k+1(BN , N ) = 0  

    g1  

       

     

     

     

     

     

  • 8/19/2019 Top Rigidity of Torus

    36/83

     

     

        R  

    K 1(R[t, t−1]) K 1(R) ⊕ K 0(R) ⊕Nil(R) ⊕Nil(R).

       π

     

    W h(π × Z) W h(π) ⊕ K 0(Zπ) ⊕N il(Zπ) ⊕Nil(Zπ).  

     

       f   :   M   →  M 

     

    m  

      m ≥ 6    π × Z  

    N   

      M   

      f 

     N 

       φ(τ )

       τ 

       f 

     

    φ :  W h(π × Z) → K 0(π) ⊕N il(R)  

     

     W h(π × Z)  

     φ(τ )

       N il(Zπ)     

    N   

     

     

    Nil(Zπ)  

      Wh(π × Z)  

     

  • 8/19/2019 Top Rigidity of Torus

    37/83

         

     

     

     

     

     

     

       

       

         

                 

     

     

         

     

     

     

     

       

         

         

     

     

     

  • 8/19/2019 Top Rigidity of Torus

    38/83

         

    [X ]  ∈

    H m(X ; Z)  

    ∩[X ] : H n(X ; Z) → H m−n(X ; Z)

     n

       X 

     

     f   : M  → X     M   

     f 

     

     

     

    π1  

     ker(f ∗   : π1(M ) →  π1(X ))    f 1   : M 1  → X   

     π1  

     

    πi, i ≥ 2  

     H i, i  ≥  2    f 1  

     π1    H i, i  ≥  2  

     

       

       

     H i(N )

      f ∗−→   H i(X )  

     

     f   : M  → X 

     M 

       m

       m  = 2n

       2n + 1

     

     n

       f n   :  M n   →  X   

     ker f ∗   :   H n(M )   →   H n(X )    L  

    Lm (Z[π1(X )])  

     n + 1

       f n+1   :  M n+1   →  X   

     

     

     

     

       

    Ln(e) =

    Z

       n ≡ 0 (mod   4),

    Z2    n ≡ 2 (mod  4)

    0  

      n ≡ 1, 3 (mod  4)

     

  • 8/19/2019 Top Rigidity of Torus

    39/83

       

    (f, b) :   N   →   M   

      M 

     

    S (f, b) =

    18(σ(N ) − σ(M ))

     

      n ≡ 0 (mod   4),  

    n ≡ 2 (mod  4)

    0  

      n ≡ 1, 3 (mod  4).

     

     M 

       n ≥ 5

       W h(π1(M )) = 0  

    ξ  ∈ Ln+1(π1(M ))  

          M 

     

     n ≥ 5

       ξ  ∈ Ln+1 (Z [π1(M )])  

     (F, b) : N  → M  × [0, 1]  

    F   = (F ;0 F, ∂ 1F ) : (N ; ∂ 0N, ∂ 1N ) → (M  × [0, 1]; M  × 0 ∪ ∂M  × [0, 1], M  × 1)

     

     ∂ 0F   

     ∂ 1F   

     ξ  = S (F, b)

     

     

    (ψ, b) : (N,∂N ) → (M  × [0, 1]), ∂ (M  × [0, 1])

     ξ 

       L

     

     M 

     

    ψ  

      L × [0, 1]  

    (ψ|, b|) : ψ−1(L × [0, 1]) → L × [0, 1].

     Ln(G)  

    α(L) : Ln+1(G × Z) → Ln(G)

     

     α(L)

     

     

    Ln+1(G)  Ln+1(i∗)−−−−−→ Ln+1(G × Z)

      α(L)−−→ Ln(G)

     S1

     

  • 8/19/2019 Top Rigidity of Torus

    40/83

       

    Ln(Zk) 0≤l≤k

    k

    lLn−l(e).  

    Ln+1(i∗)  

     ξ  ∈ Ln+1(G)  

    (ϕ, b) : N  → L × [0, 1] × [0, 1]

     ξ 

       ∂N  =

    ∂ −N  ∪ ∂ +N     ϕ| : ∂ −N  → (L × [0, 1] × {0}) ∪ (L × {0} × [0, 1]) ∪ (L × {1} × [0, 1])

     L × {0} × [0, 1]  

    L × {1} × [0, 1]    ∂N 

     

    (g, b) : N  → L × S1 × [0, 1].

     ι(L) : Ln+1(G) → Ln+1(G × S

    1)  

     ι(L)

       ι(L) = Ln+1(i∗)  

     

     

    (ϕ, b) : M  → N 

     X 

     

    (ϕ × IdX , b × Id) : M  × X  → N  × X.

     S (ϕ × IdN )  

     X 

     

     Ln(π)

     

    Li(π) ⊗ L j(π) → Li+ j(π × π)

     S (ϕ × IdX ) = S (ϕ) ⊗ σ

    ∗(X )  

    σ∗ : Ω∗Bπ → L∗(π)

         

     

     

  • 8/19/2019 Top Rigidity of Torus

    41/83

     

    (i)  

      L∗(e)  

      4  

     

    Ln(e) = Z    n ≡ 0 (mod   4),

    Z2    n ≡ 1 (mod  4)

    0  

      n ≡ 1, 2 (mod  4).

    (ii)    N 

     

    S (ϕ×IdN ) =

    S (ϕ).σ(N )

       dim N  ≡ 0 (mod  4),

    0  

      dim N  ≡ 1 (mod  4)  

    0  

      dim N  ≡ 2, 3 (mod  4).

       

    Ln(π)

    Ln( prπ)   

    ⊗   σ∗(N )        Ln+m(π × π)

    Ln+m( prπ×π)

       Ln(e)       Ln+m(e),

     N 

     

     

     

     m

       M 

     

     

    · · · → S  CAT 

    M ×Dk+1, M ×Sk

    M ×Dk, M ×Sk

    , (G/CAT, ∗)   S 

    −→ Lm+k (Z (π1(M ))) → · · ·

    · · · → Lm+1 (Z [π1(M )]) → S CAT (M ) → [M,G/CAT ]  S −→ Lm (Z [π1(M )]) .

     

     

     M 

     

     M 

       m

     

      S CAT (M,∂M )  

     

    (N, f )  

      N  

      m  

     f   :  N   → M 

       ∂f   : ∂N   →  ∂ M 

     

     

  • 8/19/2019 Top Rigidity of Torus

    42/83

     

    (N 1, f 1)    (N 2, f 2)  

     h :  N 1  → N 2  

     

    N 1

    h   

    f 1        M 

    N 2.f 2

                 

     

     

     

     

     

     

    ν N 

       

    b        η

       N 

      f         M,

     f   : N  → M 

       η : M  →

           −

     

     b   :   ν N   →  η    (f, b) :

    M  → N     f   : N  → M   

     

     [M,G/CAT ]

       M 

     

     

     

     

    BCAT 

       M  0      

         

    BG

     

     

     

     

  • 8/19/2019 Top Rigidity of Torus

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     f   : N  → M     m  

     

    m2

     

    f  : N  → M     S M (f, b)    S (f, b)  

     

    Lm (Z [π1(M )]) 

     S (M ) → [M,G/CAT ]

     

    f   : N   →  M   

     

    ν N       

       

    (f −1

    )∗

    ν N 

       N 

      f         M.

     Lm+1 (Z [π1(M )])    S (M )

     f   :   N   →   M     m  

     ξ   ∈   Lm+1 (Z [π1(M )])  

      (F, b) : (W,∂W 0, ∂W 1)  →  (N ×[0, 1] , N ×{0} , N ×{1})  

    ξ   

      F |∂W 0   :  ∂W 0  →  N   

     

    ξ. (f   : N  → M ) =

    f  ◦ F −1|∂W 1 : ∂W 1 → N 

     

     

     [M,G/CAT ]

     Lm (Z [π1(M )])  

     

    S   

      S   

     

    M   

      M × Dk

    (k  ≥ 1)  

     

  • 8/19/2019 Top Rigidity of Torus

    44/83

     

     BG,BPL,BO,

     

      G/PL    PL/O  

     

     πi(PL/O)  

     P L

     

     

          M 

     

     M  →  

        →    →    

         

       7

     

           ≤ 5  

     

       M   →

           

     ωi  ∈ H 

    i+1(M ; πi(PL/O))    M   

    ≤ 5   ωi = 0    i ≥ 5    πi(    ) = 0    i ≤ 4     ωi = 0    i ≤ 4 

     

       ,

         J 

     

     J 

       J    :

    πi(BO) → πi(BG)    Si

     

     

    i πi(BO)   πi(BG)   πi(    )  J −→ πi(    )

    1   Z2   Z2   Z2 ≈−→ Z2

    2   Z2   Z2   Z2≈

    −→ Z2

    3 0   Z2   0  0−→ Z2

    4   Z Z24   Z  pr−→ Z24

    5 0 0 0  0−→ 0

    6 0 0 0  0−→ 0

     

  • 8/19/2019 Top Rigidity of Torus

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      πi(G/PL)  

     

    πi(G/PL)  →  Li(e)  

     

     

          i ≥ 6    S P L(S

    i) = 0.

       πi(G/PL) →  Li(e)  

     i ≥ 6 

       

     

      πi(    )    Li(e)  

     Li(e), i ≤  5  

          

     

    PL/O  

      7  

    πn(PL/O) → πn(G/O) → πn(G/PL) → πn−1(PL/O)